劉一鳴，吳智平

(1.山東省深層油氣重點實驗室，山東青島，266580；2.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東青島，266580)

幕式構造演化過程作為裂陷盆地最重要的構造特征之一，其蘊含了大地構造環(huán)境轉變的重要信息。作為中國東部最重要的含油氣盆地之一，渤海灣盆地是發(fā)育在華北克拉通東部塊體之上的中、新生代的陸內裂陷盆地。自中生代以來，先后經(jīng)歷了印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動等多期次構造運動的疊加改造，其盆地格局經(jīng)歷了多幕式的構造演化過程，可以分為中生代前裂陷期、古近紀裂陷沉降期和新近紀以來的后裂陷熱沉降期3個階段[1-2]。人們對渤海灣盆地經(jīng)過了長期勘探，其剩余資源劣勢化與勘探對象復雜化的特征日趨明顯，對地質理論與勘探技術提出了更高的要求。目前，研究熱點也逐漸開始向深層和超深層領域轉移，盆地內潛山構造作為當前勘探的重點引起了廣泛關注[3-5]。然而，明確新生代的構造的疊加改造作用是揭示深層構造演化的基礎和前提。隨著近年來油氣勘探的不斷深入，盡管渤海灣盆地新生代構造演化在空間上存在著顯著的構造差異性分區(qū)效應已經(jīng)得到充分認識，但仍存在著一些關鍵問題未能得到合理解釋，晚始新世的全球板塊重組事件導致了包括渤海灣盆地在內的中國近海新生代盆地的差異性演化[6]，但是盆地內“海-陸”不同坳陷構造轉型的時間具有明顯差異，對其成因認識缺乏深入的探討，對穿時的構造變革特征的厘定及其成因還不清晰。

渤海海域西南部地區(qū)是渤海灣盆地的一個重要的構造單元，其處于“海域”渤中坳陷和“陸上”濟陽坳陷之間的過渡位置，其特殊的地理位置造就了獨特的構造演化特征，構造發(fā)育特征與相鄰2個坳陷具有明顯的差異。研究區(qū)南部濟陽坳陷以孔店組—沙四段沉積期作為盆地構造轉型期已被廣泛認同[6-9]，而對于渤海海域盆地則大多認為是在沙三段沉積期末發(fā)生了一次重要的構造變革事件[10-11]，由此導致了盆地構造展布、主控斷裂體系及沉積格局的轉變。關于這種差異的原因：一是地層歸屬的分歧而導致的差異性認識；二是裂陷期幕次劃分的依據(jù)和成因認識各不相同；三是不同構造單元對區(qū)域構造動力環(huán)境轉變的響應具有差別。

與此同時，由于研究區(qū)橫跨中海油渤海油田和中石化勝利油田2個礦區(qū)，“海-陸”不同礦區(qū)的地質認識及勘探程度存在著差異，導致海域油田與陸上油田的探明儲量相差懸殊。目前，對渤海海域西南部構造特征相關的研究多集中于新近紀走滑斷裂對淺層油氣聚集的控制[12-13]，近年來，其中生代構造演化及潛山構造也逐漸成為一些學者關注的焦點[3-4]，以往受整合資料的局限，前人對該地區(qū)構造特征缺乏系統(tǒng)性、整體性的研究，其新生代裂陷期構造差異演化的成因仍不明確，在一定程度上制約了該區(qū)的油氣勘探實踐?？偟膩碚f，當前針對渤海周邊“海-陸”不同坳陷構造轉型時期的厘定尚不統(tǒng)一，對構造變革前后盆地構造特征的認識還不明確，關于“穿時”構造變革事件的地球動力學成因探討鮮被提及。

針對上述問題，本文作者通過整合“海-陸”礦區(qū)最新的地震和鉆井資料，在對不同礦區(qū)三維地震解釋資料進行統(tǒng)層處理的基礎上，重點對渤海海域西南部古近紀構造特征開展系統(tǒng)研究，從不整合面特征、斷裂體系、褶皺發(fā)育和沉積響應等方面進行綜合分析，進而明確研究區(qū)與周緣坳陷裂陷期構造轉型過程的差異，探討其構造疊加與改造作用的成因機制，以期為認識渤海灣盆地整體的構造成因與演化提供約束，同時為明確油氣“貧-富”差異分布的成因提供指導。

1 盆地構造格架

渤海海域西南部盆地位于渤海灣盆地中部，整體為NW向展布，呈現(xiàn)“三凸夾兩凹”的構造格局，自北向南由沙壘田凸起、沙南凹陷、埕北低凸起、埕北凹陷和埕子口凸起5 個構造單元組成(圖1)。埕北凹陷和沙南凹陷以NW 向夾持于埕北低凸起南北兩側，其西部與黃驊坳陷相鄰、東部與渤中坳陷相連、南部與濟陽坳陷相接(圖1(a))。盆地構造格局表現(xiàn)為北東斷南西超的箕狀半地塹結構，地層向南超覆于埕子口凸起之上。其中沙南凹陷位于中海油渤海油田礦區(qū)，埕北凹陷則主體處在中石化勝利油田礦區(qū)。受周緣發(fā)育的深大斷裂影響，研究區(qū)被圍限在NE 走向的郯廬斷裂帶、蘭聊斷裂帶和NW走向的張家口—蓬萊斷裂帶之間，新生代主要發(fā)育有NW，NE和NEE(近EW)向斷裂體系，受中生代先存斷裂在古近紀復活的影響，自北向南發(fā)育的NW向沙南斷層和埕北斷層控制了研究區(qū)的凸凹格局。

沙南斷層和埕北斷層被認為是張家口—蓬萊斷裂在渤海海域的2條分支斷層[14]，同時分別作為沙壘田凸起和埕北低凸起的邊界斷層，其控制了2個獨立凹陷自中生代以來的發(fā)育演化。地震反射剖面揭示了NW向沙南斷層和埕北斷層持久的演化歷史，其剖面形態(tài)表現(xiàn)為高角度鏟式正斷層，切穿盆地基底構造層，在淺部層系與一系列次級斷層組合成“似花狀”構造樣式，體現(xiàn)了盆地演化以持續(xù)的伸展變形為特征，后期疊加了顯著的走滑效應(圖2)。地層的“薄底”現(xiàn)象體現(xiàn)了由逆斷到正斷的構造反轉過程，主要體現(xiàn)在下、中侏羅統(tǒng)地層由南西向北東超覆，而上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)則自北東南向西超覆(圖2)，這一特征與濟陽坳陷發(fā)育的羅西斷裂、孤西斷裂等NW向新生代基底斷裂高度一致[15-16]?？傮w來看，NW 向斷裂體系的發(fā)育演化控制了渤海海域西南部盆地的構造格局，既體現(xiàn)了中生代構造的繼承發(fā)育，又體現(xiàn)了新生代走滑作用的疊加改造。

NEE走向的1，2，3和4號斷層為活躍在古近紀晚期的張性斷層，其剖面特征多表現(xiàn)為板式正斷層，可切穿至盆地基底，對漸新統(tǒng)地層的沉積有顯著的控制作用(圖2)。除此之外，在2 個凹陷內均可發(fā)現(xiàn)一系列新生型次級斷裂發(fā)育，其斷面多切穿沙二段或東營組地層底界，且上下兩盤地層厚度相當，反映了后期活動特征，從而約束了其起始活動時間為漸新世(沙二段至東營組沉積期)。NEE 向斷裂體系的發(fā)育特征體現(xiàn)了其古近紀后期對早期構造格局的改造作用，其發(fā)育演化使得盆地構造特征復雜化和多樣化。

圖2 渤海海域西南部盆地構造格架及主控斷裂體系Fig.2 Tectonic framework and major controlling fault system of southwest Bohai sea basin

就盆地構造演化而言，研究區(qū)NW向構造格局定型于燕山期早白堊世[4,17]，晚白堊世的構造抬升剝蝕，造成了上白堊統(tǒng)地層的廣泛缺失；古近紀以來在太平洋板塊俯沖后撤和洋中脊俯沖作用的控制之下[18]，新生代裂陷盆地繼承性發(fā)育；始新世中—晚期受太平洋板塊俯沖轉向和郯廬斷裂帶右旋走滑的影響，裂陷盆地結構發(fā)生了明顯的構造轉型；漸新世盆地發(fā)生持續(xù)裂陷，但其強度明顯減弱；自新近紀以來，由于巖石圈均衡沉降，研究區(qū)主要表現(xiàn)為疊加有共軛走滑效應的拗陷沉降[17]。盆地的演化經(jīng)歷了早白堊世裂陷幕、晚白堊世構造抬升、早古近紀裂陷幕、晚古近紀裂陷幕以及新近紀的走滑拗陷階段[18]，其構造特征體現(xiàn)了多幕式的演化過程以及伸展、擠壓和走滑應力的疊加效應。盆地古近紀裂陷層序自下而上充填了孔店組(Ek)、沙河街組(Es4，Es3，Es2，Es1)和東營組(Ed)等湖相碎屑巖沉積地層，主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲、近岸水下扇和湖泊相等不同的沉積相類型。已有研究揭示了研究區(qū)中生代復雜的構造演化歷史，本研究側重于對古近紀幕式裂陷過程的精細刻畫，進而探討渤海灣盆地始新世構造轉型過程及動力機制。

2 始新世構造變革的穿時特征

2.1 構造轉換界面的厘定

不整合面作為盆地構造變革事件最直接的證據(jù)，記錄了兩幕不同構造運動的發(fā)育特征。渤海西南部海域裂陷層序內部發(fā)育有多個不整合界面，其中新生界底界面(T100)和新近系底界(T20)這2個角度不整合最為明顯，其分別代表了新生代裂陷旋回的開始與結束，目前已被廣泛關注。相比之下，人們對沙三段與沙二段地層之間的角度不整合(T50)缺乏足夠的認識，其具有顯著的地層削截特征和地層撓曲變形特征，且該界面在渤海海域廣泛存在，揭示了其蘊含著豐富的地球動力學信息，反映出可能在始新世中—晚期(沙三段沉積期末)發(fā)生了重要的區(qū)域性構造變革事件。推測該事件的發(fā)生可能是濟陽運動在渤海海域的響應[19]，濟陽運動作為濟陽坳陷沙河街組地層沉積期發(fā)生的一次重要構造變動，以發(fā)生大起大落的塊斷運動和階段性的斷塊翹傾活動為特征，對油氣的運聚提供了有利的區(qū)域性成油背景。

就該構造界面(T50)在研究區(qū)的表現(xiàn)而言，其主要發(fā)育褶皺不整合和削截不整合2種樣式。其中削截不整合全區(qū)表現(xiàn)明顯，斷裂下降盤沙三段及下伏地層旋轉翹傾，翹傾部位遭受剝蝕而被削平[20]，沙二段及上覆地層與不整合面近于平行，從而與沙三段地層斜交，形成明顯的削截不整合(圖3(a)和(b))。褶皺不整合構造樣式主要發(fā)育于沾化凹陷之中的孤北洼陷內(圖1(b))，在相向發(fā)育的埕東斷層和長堤斷層之間，發(fā)育凹中隆構造，孔店組至沙三段地層具有明顯的同期變形特征，而上覆地層相對平緩；同時，沙三段地層頂部具有明顯的削截現(xiàn)象，其厚度橫向展布不均，具有中間薄、兩側厚的特征(圖3(c))。該構造的發(fā)育特征表明盆地在始新世中—晚期經(jīng)歷了由伸展到擠壓的構造反轉過程，在沙三段沉積期末NEE 向擠壓作用的控制之下，凹陷內地層發(fā)生撓曲變形形成背斜，其頂面遭受剝蝕，形成顯著的角度不整合(T50)，界面之上主要為沙二段至東營組辮狀河三角洲砂泥巖，與界面之下發(fā)育的湖相泥巖形成顯著對比。研究區(qū)在該時期發(fā)育的角度不整合與渤海海域南部地區(qū)具有高度一致性[10]，揭示了同期構造變形活動的發(fā)生。

圖3 渤海海域西南部T50不整合面地震反射特征Fig.3 Seismic reflection characteristics of T50 unconformity in southwest Bohai Sea

2.2 中生代先存斷裂的差異性表現(xiàn)

就先存斷裂的構造特征而言，“陸上”濟陽坳陷中生代NW 向先存斷裂在新生代發(fā)生構造復活，其多表現(xiàn)為繼承性活動，并控制了盆地古近系孔店組至沙河街四段的沉積(圖4(a))，決定了NW 向展布的構造格局。然而，隨著古近紀中期應力場的轉變，濟陽坳陷NW 向先存斷裂開始消亡(圖4(a))，先期主控的NW 向斷裂停止了正斷活動，NE向張扭性斷裂成為優(yōu)勢活動斷裂體系，并開始控制了盆地的構造格局。相比之下，“海上”坳陷則表現(xiàn)為持續(xù)性繼承中生代NW 向構造格局(圖2(b))，盡管古近紀晚期發(fā)育的NE向斷裂體系對盆地進行強烈改造，然而，可能同時受地層力學性質、先存構造強度等因素影響，在海域發(fā)育的NW向斷裂作為先存構造薄弱帶，其持續(xù)的張扭性活動得以維持，使其免受向NE向構造格局轉型，構成了NE向郯廬斷裂帶與NW向斷裂共軛的構造格局，體現(xiàn)了NW向持續(xù)繼承性活動并維持了NW向主控的構造格局，應力場方向與先存斷裂之間夾角存在斜向伸展再活動，有時是再活動斷裂為主導，有時是新生其他方位斷裂為主導。

可以看出，受不同構造位置、不同規(guī)模先存斷裂對區(qū)域構造環(huán)境差異響應的控制，“海-陸”不同坳陷先存斷裂在新生代的表現(xiàn)形式既存在著一致性，也存在著顯著差異。具體來說，“海-陸”坳陷先存斷裂在古近紀初期均繼承了中生代活動特征，表現(xiàn)為NW向基底斷裂“顯性”復活，并決定了盆地早期NW向的構造格局；隨著古近紀中期應力環(huán)境的轉變，其構造差異性演化特征開始凸顯，依據(jù)先存的NW向斷裂表現(xiàn)形式的不同，可以分為“繼承—消亡型”和“持續(xù)繼承型”(圖4(b)和(c))，不同類型斷裂控制了“海-陸”不同盆地的發(fā)育演化，進而決定了后期盆地構造面貌的差異。

圖4 濟陽坳陷地震剖面揭示的先存NW向斷裂發(fā)育特征及不同先存斷裂復活模式Fig.4 Characteristics of pre-existing faults in Jiyang depression and reactivation models for different pre-existing faults

2.3 古近紀斷裂體系的差異性轉型

研究區(qū)主要發(fā)育NW向、NEE向和NE向斷裂體系，受多期次構造運動的影響，不同構造幕之間斷裂體系發(fā)育特征存在著明顯的差異。就古近紀斷裂體系而言，研究區(qū)在晚始新世中—晚期(沙三段沉積期)經(jīng)歷了明顯的轉型過程，主要表現(xiàn)在以下幾點。

從控盆斷裂的演化特征來看，孔店組—沙四段沉積期，中生代先存斷裂具有顯著的復活效應，NW 向沙南斷裂和埕北斷裂，NE 向沙壘田2 號斷裂、埕東斷裂和埕子口斷裂的繼承性活動控制了盆地早期的構造格局。至沙三段沉積期(中始新世)，各方向斷層斷距增大，活動強度增強，反映出盆地發(fā)生了強烈的裂陷作用(圖5(a))。其中NW向沙南斷裂和埕北斷裂可達160 m/Ma，相對其他方向斷裂(30～80 m/Ma)具有明顯的優(yōu)勢，顯示了對盆地格局的主要控制作用。與此同時，在凹陷斜坡開始發(fā)育一系列NEE 向斷裂，但其斷裂活動強度相對較弱，盆地依然表現(xiàn)為NW向斷裂主控的構造格局。自沙二段沉積期以來，盆地裂陷強度減弱，各方向主干斷裂斷距明顯減小，先期NW向主控斷裂活動強度急劇降低，而NEE 向斷裂體系活動強度相對增強(圖5(b))，體現(xiàn)了優(yōu)勢活動斷裂體系的轉型過程。

從次級斷裂的發(fā)育特征來看，以沙三段地層頂面(T50)為界，其上下發(fā)育了2 套不同的斷裂體系。界面之下的NW 向先存斷裂多終止于該界面，而界面之上則密集發(fā)育一系列板式排列的新生型次級斷裂(圖6)。整體來看，該時期NW 向斷裂體系趨于消亡，而NEE 向斷裂體系相對發(fā)育，盆地在古近紀經(jīng)歷了由NW向斷裂控盆到NW向和NEE向斷裂體系共軛控盆的轉型，反映了古近紀中—晚期區(qū)域應力場方向由近NS 向伸展向NNW 向伸展的轉變，研究區(qū)各時期活動斷裂體系展布很好地體現(xiàn)了這一區(qū)域應力場轉變的過程。

圖6 渤海海域西南部古近紀晚期新生型次級斷裂發(fā)育特征Fig.6 Characteristics of secondary faults in late Paleogene in southwest Bohai sea basin

相比之下，研究區(qū)南側的濟陽坳陷在沙四段沉積期就發(fā)生了由NW向向NEE向的構造轉型[6-7]，主要體現(xiàn)在孔店組沉積期主控的NW 向孤西、羅西、陽信和滋鎮(zhèn)斷層逐漸消亡(圖5(c))，取而代之的是，NEE 向的埕南、無南、寧南、陳南和平南斷層強烈活動對先期構造格局的疊加改造[8](圖5(d))。沙三段沉積以后，整體繼承了沙四段沉積期NEE 向的盆地格局(圖5(d))，NW 向斷層基本消亡，同時，后期疊加有NE向走滑構造形跡?？梢钥闯觯瑵栛晗菰谏乘亩纬练e期發(fā)生了構造轉型，在沙三段沉積期已經(jīng)轉換為NEE 向主控的構造格局，而渤海海域盆地在構造轉型上表現(xiàn)出明顯的非同步性，在沙三段沉積期末才開始受NEE 向構造的控制和影響。“海-陸”不同坳陷近乎相同的構造轉型過程在時間上具有不一致性，這種“穿時”構造變革的動力機制需進一步探討。

圖5 渤海海域西南部與濟陽坳陷古近紀兩幕裂陷期斷裂體系展布及垂向活動強度Fig.5 Transformation of faults of Paleocene episodes of rifting in southwest Bohai Sea and Jiyang Depression

2.4 沉積-沉降中心遷移特征的差異

依據(jù)“構造-沉積”耦合的思想，沉積地層作為裂陷過程的物質記錄，可以很好地反映出裂陷作用的強弱。結合各地質時期沉積地層厚度展布特征，可以看出“海-陸”不同凹陷的沉積-沉降中心在古近紀均發(fā)生了明顯的遷移，但其轉型時間存在著差異。

就海域凹陷而言(圖7(a)和(b))，由于沙一、二段沉積地層厚度較薄，其演化規(guī)律不明顯，分別選取代表兩幕主裂陷期的沙三段和東營組地層厚度進行對比，發(fā)現(xiàn)在埕北低凸起以北的沙南凹陷，沙三段地層與其上覆的東營組地層沉積具有“蹺蹺板”式的遷移規(guī)律，沙三段地層厚度具有“西厚東薄”的特征，沉積中心位于沙南凹陷西洼(圖7(a))；到東營組沉積期則具有相反的規(guī)律，沉積地層“西薄東厚”，沉積中心遷移至沙南凹陷東洼(圖7(b))。在南部的埕北凹陷，沙三段沉積期沉積中心位于NW向埕北斷層控制的洼陷之中，至東營組沉積期，沉積地層中心逐漸向東遷移，且呈NE向展布，體現(xiàn)出NE向斷裂體系的控制作用。可以看出，海域的沉積地層展布顯示出自西向東遷移的規(guī)律，由NW 向主控向NE 向主控轉變的特點。從區(qū)域上來看，沙壘田凸起北鄰的南堡凹陷也有著相似的遷移規(guī)律[21-22]，揭示了沙三段沉積期后發(fā)生了廣泛而深刻的構造轉換作用。

與此相似，“陸上”的濟陽坳陷盡管在古近紀也發(fā)生了沉積-沉降中心的遷移過程(圖7(c)和(d))，然而，其發(fā)生轉型的時間要早于渤海海域盆地轉型的時間。以東營凹陷為例，沙四段沉積期表現(xiàn)為由陳南斷裂和石村斷裂帶控制的半地塹斷陷盆地[6]，沙四段地層充填其中，呈NWW(近EW)向展布(圖7(c))。進入沙三段沉積期，受控于區(qū)域應力場的NW-SE向轉變，沙三段及上覆地層展布方向轉變?yōu)镹EE向(圖7(d))。其地層展布趨勢的轉變顯示了沙四段沉積期末構造轉換作用的發(fā)生?？偟膩砜?，渤海海域西南部盆地與其南部的濟陽坳陷沉積中心轉型時間存在著顯著差異，體現(xiàn)了“穿時”的構造變革特征。

圖7 渤海海域沙南凹陷與濟陽坳陷東營凹陷裂陷期沉積中心遷移對比圖Fig.7 Comparison of migrating characteristics of depocenters of two distinct episodic rifting

3 穿時構造變革的成因探討

以上研究結果表明，渤海西南部海域在始新世中—晚期(沙三段沉積期末)經(jīng)歷了顯著的構造變革事件，從而導致了主控斷裂體系、沉積中心以及盆地構造格局的轉變，該期構造轉型與渤海海域南部地區(qū)具有高度一致性[10]，但相對于陸上濟陽坳陷(沙四段沉積期末)則具有明顯的非同步性。作為渤海灣盆地的次級構造單元，它們的發(fā)育演化是太平洋板塊、印度板塊與歐亞板塊的相互作用和地球深部動力學過程共同控制的結果[23]。在上述動力邊界的控制之下，郯廬斷裂帶和蘭聊斷裂帶作為研究區(qū)緊鄰的切穿巖石圈的深大斷裂，其活動方式的轉變和強度的變化無疑會對研究區(qū)的構造轉型產(chǎn)生重要影響[24]。

3.1 地幔熱隆起主導的巖石圈動力學

前人對渤海灣盆地的動力學過程開展了深入的研究，認為其為地幔熱活動驅動下的陸內裂陷盆地[25-26]。最新研究表明，由莫霍面的起伏產(chǎn)生的“莫霍面斜坡”與淺層地殼“最大剝蝕面”等構造變形特征具有顯著的時空耦合關系[27]，揭示了深部殼幔結構對盆地發(fā)育演化的控制和制約。渤海灣盆地存在3 個NNE 向的莫霍面隆起帶，控制了新生代盆地北東向延伸的構造格局。相比“陸上”濟陽坳陷，渤海海域渤中坳陷具有較淺的軟流圈頂面埋藏深度[28](圖8(a))，反映出海域盆地可能更多地受到地幔熱物質上涌引發(fā)的伸展活動的控制。

巖漿活動是明確地球深部動力學過程的窗口[29]，其伴生的火成巖作為明確深部地?；顒拥奶结?，其發(fā)育特征及時空展布規(guī)律可以很好地反映深部活動歷史。渤海灣盆地古近紀火山巖分布體現(xiàn)了自盆地邊緣向盆地中心遷移規(guī)律，渤中坳陷廣泛分布有大量晚古近紀火山巖[30](圖8(b))，反映出渤海海域在該時期古近紀晚期處于裂陷中心的位置。此外，基于構造-熱演化數(shù)值模擬的巖石圈拉張系數(shù)定量分析結果表明[31]，渤海灣盆地不同時期拉張中心存在著遷移特征，在孔店組沉積期，濟陽坳陷(拉張系數(shù)為1.38)遠高于渤中坳陷(拉張系數(shù)為1.00)，而在沙四段沉積期，渤中坳陷(拉張系數(shù)為1.27)要強于濟陽坳陷(拉張系數(shù)為1.12)。同時，熱流模擬結果揭示了濟陽坳陷在約40 Ma優(yōu)先達到峰值85～88 mW·m-2[32]，而渤中坳陷所處的渤海海域在24.6 Ma 熱流達到最大值100 mW·m-2[31]，體現(xiàn)了古近紀裂陷中心由濟陽坳陷向渤海海域發(fā)生轉換的特點。

圖8 渤海灣盆地深部地質背景示意圖[28]及新生代火山巖分布[30]Fig.8 Sketch maps showing deep dynamics and Cenozoic volcanic rocks distribution of Bohai Bay basin

3.2 區(qū)域應力場轉換與構造變形場的關系

渤海灣盆地新生代伸展構造和走滑構造是淺層次地殼中2 個相對獨立的構造系統(tǒng)[1,25]，它們在空間上相互利用、改造，形成了相互疊加的復雜構造關系。其中，伸展裂陷活動主要由地幔熱物質上涌所主導，而走滑變形更多地受到周緣板塊活動誘導的郯廬斷裂脈動式活動的控制[33-35]。

近年來，對華北克拉通的研究取得了豐碩的成果，揭示了華北克拉通破壞在早白堊世達到峰值[36]，伴隨地幔上涌和軟流圈的隆升，中國東部進入了大規(guī)模的裂陷或斷陷盆地階段。受太平洋板塊的NNW向俯沖的控制和影響，郯廬斷裂帶、蘭聊斷裂帶等NE 向斷裂發(fā)生大規(guī)模的左旋走滑作用，產(chǎn)生了NE—SW向的拉張應力場[7]，從而導致了先期NW 向斷層發(fā)生由擠壓到拉張的構造轉換[18]，并伴隨著盆地雛形的形成。自新生代以來，由于太平洋板塊俯沖速率的降低，伴隨洋脊俯沖的發(fā)生(圖9(a))，古近紀早期的構造活動由地幔熱隆起引發(fā)的區(qū)域性拉張所主導[37]，受先存斷裂復活的影響，渤海灣盆地中部盆地繼承了中生代的北西斷南東超的構造格局。

根據(jù)熱點軌跡，古近紀中期太平洋板塊俯沖方向經(jīng)歷了一次重要轉變[38]，其俯沖方式由NNW向斜向低速俯沖轉變?yōu)镹WW 正向高速俯沖[39-41](圖9)。伴隨著印度板塊與歐亞板塊的全面碰撞，郯廬斷裂帶的活動方式發(fā)生了由左旋走滑向右旋走滑的轉變[24,42]，與西側的蘭聊斷裂發(fā)生共軛右旋走滑作用，派生出NWW 的拉張應力環(huán)境。同時，地幔熱物質上涌產(chǎn)生的水平拉張在沙三段達到峰值[30,43]，它們的共同作用決定了盆地的優(yōu)勢伸展方向。自沙二段沉積期以來，太平洋板塊持續(xù)高速俯沖導致了郯廬斷裂帶的大規(guī)模右旋走滑活動，其派生的拉張應力導致一系列NEE 向斷層的活動性增強，次級斷層數(shù)量明顯增多。由于該時期深部地幔熱活動引發(fā)的拉張作用有所減弱[33]，各方向斷層活動強度均明顯減弱，其盆地構造格局可能更多地受到由板緣動力誘導的拉張作用的控制。

圖9 區(qū)域應力轉換的地質背景[40]Fig.9 Regional geological background for stress transitions[40]

3.3 伸展與走滑應力的復合下的差異性構造轉型

盆地新生代構造格局體現(xiàn)了繼承性與改造性并存的特點。在古近紀初期，盆地結構具有明顯的NW 向構造形跡，自西向東發(fā)育的NW 向羅西、孤西、埕北—長堤—五號樁斷裂帶控制了潛山和凸起的規(guī)律性展布，體現(xiàn)了對中生代構造格局的繼承。始新世中—晚期，受郯廬斷裂等大型NNE向走滑斷裂轉型的影響，華北東部地區(qū)新生代發(fā)生重大構造轉型，區(qū)域拉張應力場向NNW—SSE向伸展發(fā)生了轉變[6-7]。盆地構造格局表現(xiàn)為受到NEE 向新生斷裂體系的改造，其率先發(fā)生在渤海灣盆地南部的濟陽坳陷(沙四段沉積期)，表現(xiàn)為古近紀中—晚期北東斷南西超的半地塹對中生代北西斷南東超半地塹的強烈改造(圖9)，垂向上形成了NE 向與NW 向盆地相干型疊合的構造格局[7]。構造變革前后盆地構造格局發(fā)生了顯著改變，盆地由早期的單斷式半地塹結構逐漸轉型為雙斷式塹壘構造，由伸展構造主控轉變?yōu)樽呋瑯嬙斓寞B加改造。

而渤海海域西南部盆地則表現(xiàn)為在沙三段沉積期前后顯著差異的兩幕斷陷特征?？椎杲M至沙三段沉積期，以NW 向斷裂控盆為主，新生的NEE 斷裂并未對盆地結構產(chǎn)生改變，盆地構造格局表現(xiàn)為一系列彼此孤立的箕狀半地塹，呈現(xiàn)“群湖抱山”的古地貌特征；進入沙二段沉積期以后，NW 向沙南斷裂和埕北斷裂表現(xiàn)為張扭性變形，與NEE向斷裂體系共同控制了盆地構造格局。沙三段頂部界面(T50)之上則表現(xiàn)為截然不同的構造-沉積面貌，反映了隨著斷陷湖盆范圍的進一步擴大，NEE向斷裂體系對盆地結構的改造效應。

“海-陸”差異性構造轉型的原因可能受控于伸展與走滑應力的復合作用。在古近紀初期，受洋脊俯沖和深部地幔物質上涌的影響，盆地處于強烈伸展階段，并繼承了中生代NW 向的構造格局。自沙四段沉積期以來，伴隨著盆地裂陷中心由濟陽坳陷向渤中坳陷的遷移，濟陽坳陷裂陷作用減弱，其構造演化可能更多地受到走滑應力的控制(圖9)，其派生出NNW—SSE拉張應力場導致了盆地向NEE 向構造格局轉型(圖10(a))。而在渤海海域西南部盆地，由地幔上涌導致的伸展作用相對較強，走滑作用對盆地的影響相對不明顯，盡管開始發(fā)育有NEE 向的新生斷裂，但其并未改變盆地NW向斷裂主控的構造格局(圖10(a))。至沙三段沉積期之后，隨著地幔熱物質上涌產(chǎn)生的伸展強度降低，盆地裂陷作用明顯減弱，深大斷裂走滑活動派生的NNW拉張應力相對增強，渤海海域盆地發(fā)生構造轉型，向NW 和NEE 向斷裂共軛控盆的構造格局轉變。因此，先存斷裂的差異性復活和郯廬斷裂帶活動方式的轉型是研究區(qū)新生代盆地格局對中生代盆地格局繼承和改造的關鍵，由地幔熱物質上涌產(chǎn)生的水平拉張與深大走滑斷裂派生拉張的配比關系決定了渤海灣盆地始新世“穿時”構造變革事件的發(fā)生(圖10(b))。

圖10 渤海灣盆地中部盆地構造轉型特征及成因示意圖Fig.10 Sketch map of characteristics and origin of the Paleogene differential tectonic transition

結合中國南海北緣新生代盆地的研究，發(fā)現(xiàn)在始新世中—晚期也發(fā)生了類似的構造變革事件，盆地構造面貌發(fā)生了顯著的變化[44-47]。在珠江口盆地恩平凹陷、惠州凹陷表現(xiàn)尤為明顯，始新統(tǒng)文昌組與上覆漸新統(tǒng)恩平組之間具有明顯的削截現(xiàn)象，由于區(qū)域應力場順時針旋轉，導致了主控斷裂體系由NEE 向朝NWW 向轉型；同時，前期分割性較強的湖盆趨于連通，湖盆范圍進一步擴大，沉積體系由半深湖—深湖背景下的扇三角洲向濱淺湖背景下的辮狀河三角洲轉變[44]。此外，不同學者對中國近海的東海盆地和瓊東南盆地等開展了系列研究[24]，發(fā)現(xiàn)該期構造變革事件廣泛存在。因此，對該構造轉型特征及動力學成因的深入探討不僅能為明確中國近海盆地的動力學成因提供約束，同時能為低成熟探區(qū)的高效油氣勘探提供重要指導。

4 石油地質意義

始新世中—晚期的構造變革揭開了渤海灣盆地中部差異性演化的序幕，渤海海域西南部古近紀早期以孤立盆地發(fā)育為特征，其分割性強，沙三段發(fā)育中深湖—深湖相優(yōu)質烴源巖，具有厚度大、范圍廣的特點，其有機質類型好，主要以I型和II1型為主，僅沙南西洼總生烴量可達44 億t[48]。在古近紀中、晚期，前期相對孤立的斷陷湖盆趨于連通，以辮狀河三角洲和濱淺湖相發(fā)育為特點，并控制形成了沙一、二段和東三段等有效烴源巖。其中，沙一、二段烴源巖有機質類型多為II1型和III型，而東營組有機質類型多樣，以II1型為主[48]。而濟陽坳陷烴源巖發(fā)育層系多，自沙四段至東營組發(fā)育了多套優(yōu)質烴源巖?？梢钥闯?，構造變革事件導致的幕式裂陷演化過程造成了烴源巖發(fā)育的差異。

伴隨著區(qū)域構造變革事件的發(fā)生，NEE 向斷裂體系對先期NW向的構造格局進行強烈改造，研究區(qū)表現(xiàn)為NW 向和NEE 向斷裂體系共軛控盆的構造格局。由于NEE 向斷層發(fā)育，沙南凹陷和埕北凹陷內部形成東洼與西洼，在埕北低凸起上，形成了溝、嶺。在沙南凹陷的南部緩坡帶發(fā)育的“截坡”斷層導致斷階帶發(fā)育，對油氣垂向疏導；在埕北凹陷的西南緩坡帶上“順坡”斷層形成溝壑成為物源通道。在古近紀晚期，NW向斷層對構造格局的控制作用較前期明顯減弱，導致了埕北低凸起在東二段沉積期基本處于消亡階段，成為水下低凸起接受淺湖相沉積。該時期NEE 向斷層的控制作用相對增強，導致沙南東洼、孤北洼陷和樁西洼陷等深洼發(fā)育，地層的快速埋藏有利于多套烴源巖的發(fā)育。

值得關注的是，以往對NW向斷層的走滑效應缺乏深入的認識，先存的NW向埕北斷層和沙南斷層在NNW向斜向伸展作用下發(fā)生張扭性變形，沿其走向發(fā)生彎曲形成走滑釋壓區(qū)和增壓區(qū)[17,49]。由于局部應力的差異，不同段的構造形態(tài)存在著顯著差異(圖11(b)和(c))。在走滑彎曲構造的增壓段，斷層陡直，其側向封堵性強，凹陷內地層撓曲變形，有利于形成有效的斷層圈閉，是油氣藏發(fā)育的有利區(qū)帶(圖11(b))；在走滑彎曲構造的釋壓段，斷層良好的疏導性利于油氣的垂向運移，進而在斷層下盤形成潛山油氣藏及淺層油氣藏(圖11(c))。以埕北斷層走滑釋壓段為例，采用模糊數(shù)學綜合評價方法對斷層封閉性進行定量分析，計算所得沙三段地層封堵系數(shù)為0.475，沙二段至沙一段封堵系數(shù)為0.48，表明其封堵性偏差，斷面處于開啟狀態(tài)，其較好連通性有利于油氣垂向疏導，多個鉆井也揭示了其在淺層及潛山優(yōu)勢成藏(圖11(d))。因此，走滑斷裂形成的局部應力場差異導致的斷裂疏導連通性差異是潛山成藏的關鍵。研究區(qū)該構造特征揭示了盆地構造轉型導致構造變形的差異性和“源-儲”配置的多樣性，進而控制了油氣的優(yōu)勢成藏位置，而構造變革事件的穿時特征可能是導致油氣資源“貧-富”差異分布的重要控制因素。

圖11 渤海灣盆地構造變革后油氣成藏模式及成因示意圖Fig.11 Sketch map of model and origin of hydrocarbon accumulation after Eocene tectonic transition

5 結論

1)受控于伸展與走滑并存的多動力源區(qū)域地質背景，渤海西南部海域新生代構造演化體現(xiàn)了多幕式的構造演化過程和不同時期伸展與走滑的復合效應。NW走向的沙南斷層和埕北斷層在中生代先存斷裂的基礎上繼承性發(fā)育，控制了渤海海域西南部盆地的凸凹格局?；趯Α昂?陸”坳陷構造變革界面的厘定以及斷裂體系轉型和沉積中心遷移特征的對比研究，識別出始新世中—晚期構造變革事件具有穿時特征，其控制了盆地向NNE向構造格局的轉型。

2)地幔深部物質上涌產(chǎn)生的水平拉張與深大走滑斷裂控制的巖石圈優(yōu)勢伸展方向的疊加復合控制了渤海海域新生代裂陷盆地的發(fā)展演化，先存斷裂的發(fā)育規(guī)模與復活方式?jīng)Q定了差異性構造改造作用，同一時期伸展與走滑應力的配比關系控制了渤海灣盆地中部“海陸穿時”構造變革事件的發(fā)生。下一步的研究將利用數(shù)值模擬技術對不同動力來源進行定量分析評價，以便為深入認識其成因提供依據(jù)。

3)始新世中—晚期的構造變革事件導致了不同層系烴源巖發(fā)育特征的差異，其穿時變革特征控制了不同構造格局的差異性改造，造成了有利圈閉的再定位，決定了“源-儲”配置的多樣性，進而導致了油氣資源的差異性富集。先存NW向斷層的走滑彎曲變形控制了渤海海域的優(yōu)勢成藏部位，而NEE 向斷裂的改造作用決定了濟陽坳陷油氣的規(guī)律性富集，這對于走滑-伸展疊加背景盆地的油氣勘探靶區(qū)的選擇具有指導意義。